纳米氮化硼的控制合成及其相变过程研究

【摘要】：在溶剂热合成氮化硼纳米颗粒基础上,我们提出了一种多步反应方法,并将它应用于纳米氮化硼的可控合成。系统探讨了在合成反应过程中反应温度、压力、反应步数、添加剂等因素对产物的物相组成和结晶质量的影响,并且以得到的产物作为起始原料进行了初步的相变实验。 以NaN3和BCl3为原料,在265℃、10MPa条件下,利用多步反应方法合成了BN纳米颗粒。结果表明：在合成BN过程中,产物的结晶质量随着反应步数的增多明显提高,并且存在一个tBN/hBN→cBN转变过程。反应温度为250℃时,由于原料的反应活性过低,BN纳米颗粒结晶质量较低；提高反应温度可以在一定程度上提高样品的结晶质量,而且有利于提高sp3态BN的含量。另外,增加反应步数同样可以提高sp3态BN的含量,而且可以减少溶剂参与的副反应；适当提高反应体系的压力有助于改善样品的结晶质量,而且对增加sp3态BN的含量也有一定的作用。在综合分析实验结果基础上,我们初步探讨了多步反应方法的过程及机理。 进一步地,我们研究了用N(CH3)3作为补充氮源,以及用Li3N替代NaN3对产物中的物相和结晶质量的影响。当NaN3和N(CH3)3共同提供的N摩尔数与BC13提供的B摩尔数之比略大于化学反应计量比反应时,得到的纳米BN结晶质量有了明显改善,同时产物中cBN的含量也有所增加。而以Li3N替代NaN3后,BN结晶质量改善,且增加反应步数发生tBN/hBN→cBN的相变。 为了实现氮化硼的物相、结晶质量以及颗粒尺寸的可控性,我们提出了多步反应方法,并利用它初步尝试了控制纳米氮化硼的结晶质量。尽管这一方法还不够完善,但是它为氮化物纳米材料的控制合成及体块晶体的生长提供了一种温和的、更为可控的途径。